Kunststoff – Ja bitte

Darum ist Kunststoff ein nachhaltiger Werkstoff

E-Fahrzeuge kommen langsam, aber gewaltig. High-Performance-Kunststoffe geben Antworten auf die zentralen Herausforderungen zukunftsfähiger Mobilität: Sie sind wirtschaftlich, praxistauglich und erfüllen hohe technische Ansprüche.

Starke Faktoren treiben die Elektromobilität voran

Strengere Emissions- und Grenzwerte sowie Nachhaltigkeitsinitiativen von Städten und Regierungen zeigen Wirkung: Elektroautos erzielen rasante Verkaufserfolge. 2018 stieg die Zahl der weltweit verkauften Batteriefahrzeuge um 73 Prozent – nach einem Wachstum von 86 Prozent im Jahr zuvor. Haupttreiber dieser Entwicklung ist die Volksrepublik China. Doch auch Deutschland zählt zu den Top-Five-Märkten für E-Autos. Neue, attraktive E-Modelle beginnen, die Verbraucher zu überzeugen. Als Hemmnisse gelten jedoch nach wie vor:

Der Kaufpreis der Elektroautos ist hoch.
Die Reichweite ist beschränkt.
Die Ladeinfrastruktur ist noch unterentwickelt.

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Moderne Werkstoffe sind Teil der Lösung

High-Performance-Kunststoffe und Verbundmaterialien, wie sie LANXESS in seinen Laboren – oft in Zusammenarbeit mit Kunden aus der Automobilindustrie – entwickelt, geben Antworten auf die Herausforderungen der Elektromobilität:

Sie ermöglichen eine wirtschaftliche Fertigung von Bauteilen. Damit können sie einen Beitrag zu günstigeren Verkaufspreisen von E-Autos leisten.
Sie machen die Fahrzeuge leichter – ein entscheidender Faktor für eine höhere Reichweite.
Sie eignen sich perfekt für die Bedingungen moderner Mobilität, denn Strom spielt im Auto eine immer größere Rolle. Der steigende Anteil elektrischer und elektronischer Komponenten bewirkt unter anderem eine stärkere Wärmeentwicklung. Kunststoff schützt und sorgt für mehr Sicherheit.

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Jan Bender, Head of Marketing EMEA, High Performance Materials Business Unit, LANXESS

„Ob mehr Automatisierung im Auto oder elektrischer Antrieb – beides bedeutet, dass im Fahrzeug mehr Wärme entsteht. Unsere Werkstoffe verfügen über entscheidende Eigenschaften wie bessere Wärmeleitfähigkeit und Flammwidrigkeit. Darüber hinaus arbeiten wir an Materialien, die die sensiblen elektronischen Bauteile vor magnetischer Strahlung schützen.“

Jan Bender, Head of Marketing EMEA, High Performance Materials Business Unit, LANXESS

„Thermoplaste, unter Hitze formbare Kunststoffe, haben nicht nur unübertroffene Vorteile in puncto Leichtigkeit. Sie lassen sich auch hervorragend formen und verarbeiten. Das wird dem Trend zur Miniaturisierung von Bauteilen gerecht.“

High-Performance-Kunststoffe: leicht und stabil, allein und im Verbund

Auf den Branchenereignissen in diesem Jahr präsentiert LANXESS Materialinnovationen, die für Autohersteller Kostenvorteile und im Fahrzeug hohe Sicherheit bedeuten. Zum Beispiel:

Neue Compounds auf Basis von Polyamid 6 sind deutlich günstiger als solche aus Polyamid 66 und dabei ebenso leicht und stabil. Sie eignen sich unter anderem für Batteriekomponenten, Fahrwerkslager und Sitzschalen.
Tepex: Diese faserverstärkten, plattenförmigen Verbundwerkstoffe auf Kunststoffbasis haben sich in der Massenfertigung von Leichtbauteilen etabliert. Neuerdings kommen sie auch als Türmodulträger und bei Frontends zum Einsatz. Darüber hinaus zeichnet sich die Serienanwendung als Träger von Elektro- und Elektronikmodulen ab.
Mit diesen Werkstoffen lassen sich Bauteile in neuartigen Verfahren herstellen und weiterverarbeiten. Die Vorteile: weniger Ausschuss, weniger Arbeitsschritte, kürzere Zykluszeiten, vereinfachter Gesamtprozess. Das macht die Fertigung effizienter.

Eine wirtschaftliche Produktion von E-Fahrzeugbauteilen unterstützt den Markterfolg der sauberen Stromer.

Langlebiges Material mit vielseitigem Nutzen

Technische Kunststoffe im Auto sind für einen langlebigen, umwelteffizienten Gebrauch bestimmt und enden nicht, wie Verpackungen, nach kurzer Nutzung als Müll.

Das Thema Recycling steht für LANXESS nichtsdestoweniger hoch auf der Agenda. So entwickelte die LANXESS-Tochter Bond-Laminates neue Tepex-Produkttypen , die aus rezyklierten Fasern in einer Matrix aus rezykliertem Thermoplastmaterial bestehen. „Versuche an ersten Materialproben zeigten bereits, dass diese Rezyklattypen in puncto mechanische Eigenschaften und Flammwidrigkeit ebenbürtig zu ihren Pendants aus Neuware sind“, erläutert Dirk Bonefeld von Bond-Laminates.

Leichtbau schafft Arbeitsplätze

LANXESS erweitert seine Kapazitäten in Brilon und Krefeld, um der steigenden Nachfrage nach den innovativen Werkstoffen gerecht zu werden. Auch in Changzhou in China expandiert die Produktion von High-Performance-Kunststoffen:

Am Bond-Laminates-Standort Brilon entstehen eine neue Fertigungshalle sowie neue Produktionslinien. Das Investitionsvolumen liegt im einstelligen Millionenbereich. Betriebsbeginn: Mitte 2019.
In Krefeld wird voraussichtlich in der zweiten Jahreshälfte 2019 eine neue Anlage für die technischen Kunststoffe Durethan und Pocan starten. Darüber hinaus erweitert LANXESS dort seine Lagerkapazitäten. Die investierte Summe liegt im mittleren zweistelligen Millionenbereich.
In Changzhou steht ein 20-Millionen-Euro-Werk für Hochleistungskunststoffe kurz vor der Fertigstellung. Auch hier werden Durethan und Pocan für die Automobilbranche sowie die Elektro- und Elektronikindustrie produziert.

Jan Bender, Head of Marketing EMEA, High Performance Materials Business Unit, LANXESS

„Umweltfreundliche Mobilität ist ein zukunftsfähiges Wachstumssegment für unsere High-Performance-Materialien. Wir verfügen über langjähriges Know-how und innovatives Denken – darum gelingen uns zeitgemäße Lösungen, die Herstellern und Endkunden nützen.“

„Das richtige Material an der richtigen Stelle“

Kunststoff als Leichtbaumaterial hat in Autos noch viel Potenzial. Damit sich die Vorteile durchsetzen, arbeitet das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie, Aachen, an praktischen Lösungen.

Patrick Scholz ist Geschäftsfeldleiter Leichtbau-Produktionstechnik am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Was sind die wichtigsten Kunststoff-Vorteile für Autohersteller und Endkunden?

Leichtbau trägt dazu bei, die Reichweite von Fahrzeugen zu erhöhen oder den Kraftstoffverbrauch zu senken, und dient damit Umweltzielen. Leichtere Autos haben zudem bessere fahrdynamische Eigenschaften, zum Beispiel in puncto Geschwindigkeit, Beschleunigung und Kurvenverhalten. Für den Hersteller haben Kunststoffe den Vorteil, dass sie deutlich besser korrosionsbeständig sind als beispielsweise metallische Bleche. Die müssen durch Lackieren zusätzlich nachbearbeitet werden. Hersteller schätzen zudem die Designfreiheit sowie die einfachere Montage, etwa durch Klick- oder Schnappverbindungen, die in das Bauteil integriert sind.

Wie werden Leichtbauprodukte aus Kunststoff oder aus Verbundmaterialien serientauglich?

Lieferanten können noch so innovativ sein – erst wenn eine Integration neuer Materialien und Bauteile in die Produktion des Autoherstellers gelingt, kann aus einer Invention eine erfolgreiche Innovation werden. Darum entwickeln wir Fertigungsverfahren für ganzheitliche Leichtbaulösungen mit allen Beteiligten entlang der Wertschöpfungskette. Es ist reicht beispielsweise nicht aus, einfach zu einem leichteren Werkstoff zu wechseln. Dies hätte in den allermeisten Fällen wohl höhere Stückkosten zur Folge. Stattdessen müssen benachbarte Komponenten, die Endmontage und die spätere Nutzungsphase einbezogen werden. Auf diese Weise erschließen sich technische und wirtschaftliche Potenziale, sodass höhere Materialkosten mehr als kompensiert werden können.

Worauf kommt es besonders an?

Letztendlich geht es darum, das richtige Material mit den richtigen Eigenschaften an die richtige Stelle zu bringen. Das ist deutlich komplexer, als überall mit ähnlich dimensionierten Blechen zu arbeiten. Daher berücksichtigen wir bei der Entwicklung der Produktionstechnologien digitale Methoden wie Simulationsverfahren für die Echtzeit-Prozessführung und per Thermokamera aufgenommene Parameter. Diese Daten werden neben Informationen aus vorangegangenen Fertigungsstufen zu einem digitalen Abbild des Produkts aggregiert. Das bietet neue Vorteile wie die lückenlose Rückverfolgbarkeit aller Bestandteile. Für die Hersteller ist das zum Beispiel aus Qualitäts- und Haftungsgründen wichtig.

Was macht die Umwelteffizienz von Kunststoff und den Verbundmaterialien aus?

Kunststoffe und Verbundmaterialien tragen zu einer längeren Lebensdauer des Fahrzeugs und per Gewichtsreduktion zu einem geringeren Strom- oder Kraftstoffverbrauch bei. Zudem lassen sich neue Materialkombinationen zunehmend besser wiederverwenden. Dies gilt insbesondere für thermoplastische Kunststoffe. Die sind auch im Verbund mit Fasern wiederaufschmelzbar und lassen sich auf diese Weise als Ganzes oder in Teilen zu neuen Bauteilen formen. So ist Mehrfachnutzung statt bloßer Verbrennung möglich, wie dies früher oft der Fall war.

Wie sind die Zukunftstrends?

Der Einsatz von Kunststoffen im Fahrzeug hat nach wie vor viel Potenzial. Hochbelastete Teile der tragenden Struktur wie das Chassis bestehen zwar nach wie vor aus Blechkonstruktionen. Für viele so genannte Semistrukturbauteile, die ebenfalls tragende oder umhüllende Aufgaben haben, erweisen sich Kunststoff jedoch als leistungsstarke Alternative zu herkömmlichen Materialien. Ein ganzheitlicher Ansatz berücksichtigt die positiven Eigenschaften neuer Materialien und erlaubt die Kombination neuer mit klassischen Verarbeitungsverfahren sowie die Integration zusätzlicher Funktionalitäten. Er stellt einen sehr guten Ausgangspunkt für künftige Innovationen dar. Letztlich geht der Trend zu integrierten Komponenten und Baugruppen aus komplexen Materialverbünden.